激光粒度仪基础知识

      激光粒度仪基础知识

激光粒度仪
所谓激光粒度仪是专指通过颗粒的衍射或散射光的空间分布（散射谱）来分析颗粒大小的仪器。
根据能谱稳定与否分为静态光散射粒度仪和动态光散射激光粒度仪
静态光散射激光粒度仪
能谱是稳定的空间分布。主要适用于微米级颗粒的的测试，经过改进也可将测量下限扩展到几十纳米。
动态光散射原理的激光粒度仪
根据颗粒布朗运动的快慢，通过检测某一个或二个散射角的动态光散射信号分析纳米颗粒大小，能谱是随时间高速变化。动态光散射原理的粒度仪仅适用于纳米级颗粒的测试。
光透沉降仪不是激光粒度仪
通常所说激光粒度分析仪是指衍射和散射原理的粒度仪，光透沉降仪，依据的原理是斯托克斯沉降定律而不是激光衍射/散射原理，因此这类仪器不能称作激光粒度仪。
激光粒度仪如何获得颗粒的散射光能谱分布
激光粒度仪是采用散射原理，通过检测颗粒的散射谱来测定颗粒群粒度分布的仪器。获得颗粒散射谱的基本光路示意图见图1

1、为什麽散射/衍射激光粒度仪必须采用激光作光源
激光粒度仪是通过检测颗粒的散射谱来分析颗粒大小与分布的，因此能否获得清晰的散射谱至关重要，激光是一种准直性，单色性良好的光源，只有采用激光才能在散射/衍射粒度仪器中得到清晰的散射谱分布。用多种波长混合的光源不可能获得清晰的散射谱，只能获得多种散射谱的叠加，因此不能用于粒度仪。
在多种激光器中半导体激光与气体激光相比，气体光源波长短，线宽窄，单色性好，稳定性远优于半导体光源。因此微纳与大多数专业公司选用了气体激光器作为测量光源。
2、激光粒度仪与其他方法相比有什么优势？
激光粒度仪的光路实际是一个二维傅立叶变换器，因此具有傅立叶变换的许多特点：1、所有颗粒的散射信息是以光速并行传输到达光电探测器的，因此速度快；2、探测器可以做的非常窄大约几个微米，因此分辨率非常高；3、测试过程颗粒散射不会受到人为因素的干扰，因此测试重复性超群；4、根据傅立叶变换的平移不变性，颗粒在样品池中的运动速度不会影响频谱分布，因此适用于动态颗粒的测试，这是其他粒度测试方法所*的，这成为了颗粒在线测试理论依据。
3、激光粒度仪测量下限是多少？
激光粒度仪测量粒度的原理是MIE散射理论。 MIE散射理论用数学语言描述了折射率为n、吸收率为m的特定物质的，粒径为d球型颗粒，在波长为λ单色光照射下，散射光强度随散射角θ变化的空间分布函数，此函数也称为散射谱。根据MIE散射理论可以看出颗粒越大，前向散射越强而后向散射越弱；随着颗粒粒径的减小，前向散射迅速减弱而后向散射逐渐增强。附图示意表示了以波长为尺度大、中、小颗粒的散射谱。激光粒度仪正是通过设置在不同散射角度的光电探测器阵列，测试颗粒的散射谱，由此确定颗粒粒径的大小。这种散射谱对于特定颗粒在空间具有稳定分布的特征，因此称此种原理的仪器为静态激光粒度仪。
但是当颗粒粒径小到一定的程度dm，与另一种更小颗粒dm-δ相比，如果二种颗粒的散射谱非常相似，以至不能被光电探测器阵列所分辨，就认为达到了激光粒度仪的测量极限，此粒径dm就是激光粒度仪的测量下限。
此极限还与激光波长有关，研究表明红光635nm波长的激光测量极限为50纳米，而蓝光405nm波长的激光测量理论极限为20nm。
理论上，静态激光粒度仪欲分辨纳米级的颗粒至少需要二个条件：1、具有测量后向散射的光电探测器阵列，2、需要用波长更短的激光器。在可见光的范围内，20nm是静态激光粒度仪的理论测量下限。